光催化技術(shù)在水處理中的應(yīng)用研究

1、    光催化技術(shù)在水處理中的應(yīng)用研究    孫曉蕊 楊威【摘要】水資源的匱乏，已成為限制人類社會(huì)高速發(fā)展的重要因素。利用半導(dǎo)體納米材料的光催化氧化技術(shù)以其環(huán)保、高效的有點(diǎn)，現(xiàn)已成為環(huán)保工作者重點(diǎn)研究之一。本文介紹光催化技術(shù)在水處理中對(duì)多種有機(jī)污染物的降解研究應(yīng)用?！娟P(guān)鍵詞】光催化；有機(jī)物；降解1 前言我國(guó)人均水資源量相當(dāng)匱乏，盡管水資源總量位列世界第六位，但人均占有量?jī)H為世界的四分之一。并且水污染情況日益嚴(yán)重。工業(yè)等排放的廢水含有大量有毒的和生物難以降解的有機(jī)污染物，如酚類、有機(jī)染料等，傳統(tǒng)的污水處理方法在脫色方面以及cod的去除方面均不能達(dá)到很好的效

2、果，現(xiàn)有的環(huán)保技術(shù)也難以徹底降解這些污染物。因此，光催化氧化技術(shù)逐步進(jìn)入環(huán)保研究者的視野。2 半導(dǎo)體納米材料的光催化性能半導(dǎo)體納米材料在結(jié)構(gòu)上具有獨(dú)特的性能，可以催化體相材料所不能催化的反應(yīng)，且活性更高。其一，半導(dǎo)體納米材料具有量子尺寸效應(yīng)，導(dǎo)帶與能帶能級(jí)不同，當(dāng)受到能量激發(fā)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生電子躍遷現(xiàn)象，為氧化還原反應(yīng)提供可能。其次，半導(dǎo)體納米材料的粒子尺寸小，與體相材料相比，同等質(zhì)量條件下，擁有更大的比表面積，這對(duì)于光及污染物的接觸吸收更加有利。3 光催化機(jī)理目前對(duì)于光催化機(jī)理的解釋，多從能帶理論出發(fā)。因納米半導(dǎo)體光催化劑的特殊結(jié)構(gòu)，且能帶具有不同的能量，分為高能導(dǎo)帶和低能價(jià)帶。當(dāng)催化劑受到光能量

3、激發(fā)時(shí)，價(jià)帶與導(dǎo)帶之間會(huì)發(fā)生電子躍遷現(xiàn)象，形成光生電子一空穴對(duì)，與oh-、h2o等反應(yīng)生成具有強(qiáng)氧化性的羥基自由基（·oh），最終將有機(jī)污染物降解成h2o、co2等小分子。4 光催化技術(shù)在水處理中的應(yīng)用傳統(tǒng)的水處理技術(shù)但對(duì)低濃度可溶性有毒、有害物質(zhì)的處理效率相對(duì)較低，有時(shí)甚至應(yīng)用極高的成本卻沒(méi)有任何處理效果。4.1 在工業(yè)廢水處理的應(yīng)用光催化氧化技術(shù)可以有效降解多種有機(jī)物（如烴類、醛、鹵代烴等），甚至做到徹底分解成無(wú)毒害的無(wú)機(jī)小分子。大量研究表明，在光照條件下，納米tio2可光催化氧化水中苯、氯仿、甲醛等有機(jī)污染物。4.2 在農(nóng)藥廢水處理的應(yīng)用大量研究表明，光催化技術(shù)可以有效降解有機(jī)

4、農(nóng)藥。以tio2為光催化劑，經(jīng)紫外光照射，有機(jī)磷農(nóng)藥和有機(jī)硫農(nóng)藥可以完全無(wú)機(jī)化，并能定量地被氧化成po43-及so42-。曹連秋應(yīng)用制備的ac/tio2催化劑，光催化降解三氮苯類有機(jī)農(nóng)藥一阿特拉津，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，tio2可均勻分散于活性炭微孔中，對(duì)阿特拉津的降解率高于88%。4.3 在印染廢水處理中的應(yīng)用染料廢水大多含有苯環(huán)、胺基、偶氮基團(tuán)等致癌物質(zhì)，不僅對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染，同時(shí)危害人類身體健康。實(shí)驗(yàn)證明，在以納米tio2為光催化劑、溶解氧存在的條件下，水溶性偶氮染料易發(fā)生光催化降解反應(yīng)。金偉等利用水熱法制備出的mn/zno，在紫外光催化反應(yīng)4h，羅丹明b的降解率可達(dá)92%。李霞等利用直接沉淀

5、法制備了納米zno，光催化降解甲基橙溶液120min，降解率可達(dá)88%。4.4 在抗生素廢水處理中的應(yīng)用醫(yī)療水平的不斷提高，藥物日新月異，抗生素的生產(chǎn)及使用量也越來(lái)越大。城市污水處理廠很難徹底清除抗生素，流入江河中的抗生素將對(duì)生態(tài)系統(tǒng)以及人類健康造成嚴(yán)重危害。李耀中等以ti02為催化劑，在光催化反應(yīng)器中降解制藥廢水，僅15分鐘cod去除率可達(dá)80%以上。郭佳以tio2為催化劑，紫外光催化降解廢水中頭孢曲松，去除率高達(dá)90%以上。4.5 在造紙廢水處理中的應(yīng)用pintar等以納米tio2和ru/tio2為催化劑，光催化降解牛皮紙漂白廢水。結(jié)果表明，以納米tio2為催化劑進(jìn)行光催化時(shí)，廢水中的有機(jī)

6、總碳（toc）大幅度降低。以納米ru/tio2為催化劑進(jìn)行光催化時(shí)，toc含量進(jìn)一步降低。4.6 在石油廢水處理中的應(yīng)用隨著石油的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用，石油流人海洋中，對(duì)海洋生物及沿岸環(huán)境造成污染危害。針對(duì)石油密度低于水而漂浮于水面的情況，武漢大學(xué)研究室將納米tio2偶聯(lián)在兩種硅鋁陶瓷空心微球上，制備出了能飄浮在水面的tio2光催化劑，對(duì)漂浮于水面的辛烷進(jìn)行光催化降解，降解率高達(dá)90%。4.7 在無(wú)機(jī)廢水處理中的應(yīng)用無(wú)機(jī)廢水的處理，主要是通過(guò)氧化低價(jià)態(tài)毒性物質(zhì)和還原高價(jià)態(tài)毒性物質(zhì)，最終實(shí)現(xiàn)物質(zhì)毒性的降低，甚至無(wú)毒。重金屬水污染就是有毒無(wú)機(jī)廢水的一大代表。納米tio2可以將cr6+還原轉(zhuǎn)化為cr3+，此時(shí)

7、cr6+的強(qiáng)致癌毒性大大降低降低。5 存在的問(wèn)題盡管光催化氧化技術(shù)在降解有機(jī)污染物上存在高效、環(huán)保等優(yōu)勢(shì)，但走出實(shí)驗(yàn)室，實(shí)現(xiàn)工業(yè)化仍然很難。主要因?yàn)槭艿綆追矫嬉蛩氐南拗疲浩湟?，光催化反?yīng)中，催化劑表面的光生電子一空穴對(duì)復(fù)合速率過(guò)快，造成量子效應(yīng)過(guò)低；其次，目前研究中的光催化劑多對(duì)紫外光反應(yīng)，對(duì)可見(jiàn)光的吸收較低，這就導(dǎo)致對(duì)太陽(yáng)光的利用率過(guò)低；除此之外，對(duì)于投加到廢水中的固體催化劑，如何有效的實(shí)現(xiàn)固液分離，也是今后研究的一大重點(diǎn)。參考文獻(xiàn)：1 tan y w， xue x y， peng q， et al.controllable fabrication and electricalperform

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